[发明专利]一种氟化锂的回收装置及其回收方法

说明书

技术领域

本发明涉及熔盐堆核燃料后处理中的分离回收，更具体地涉及一种氟化锂的回收装置及其回收方法。

背景技术

钍基熔盐堆以钍作为燃料(钍-铀循环)，具有经济性高，寿命长，裂变产物少等一系列优势，是当今核电发展的前沿。

氟化锂(LiF)是钍基熔盐堆载体盐的成分之一，其中的锂元素(Li)是同位素锂7，核纯级锂7运用于熔盐堆主要是减少氚气的产生，但核纯级锂7的分离提纯成本极高，需要在熔盐堆乏燃料后处理过程中最大限度的回收二次进堆，而在熔盐堆乏燃料后处理中，经过氟化挥发回收其中的铀，减压蒸馏回收大部分的氟化锂和氟化铍后仍会有大约10％～20％的氟化锂无法回收，造成极其昂贵锂7的损失。

氟化钍为熔盐堆中主要的增殖核燃料，是经后处理氟化挥发后含量最大的锕系元素。此外，熔盐堆中还含有少量的四氟化铀以及裂变产物稀土氟化物，稀土氟化物是氟化锂二次进堆复用的主要中子毒物，必须进行分离。因此从氟化锂、氟化钍、四氟化铀(氟化铀)和氟化稀土的混合盐中分离回收氟化锂是钍基熔盐堆在线核燃料后处理的重要环节。

目前，回收载体盐中氟化锂的主要方法是利用氟化锂与氟化钍、四氟化铀和氟化稀土的沸点差异较大，通过减压蒸馏回收大量的氟化锂。但是，在蒸馏后期，氟化锂与氟化钍、氟化铀和氟化稀土均会形成中间化合物，例如，如图1的二元平衡相图可知，氟化锂与氟化钍形成中间化合物，如图2的二元平衡相图可知，氟化锂与氟化铀形成中间化合物，使得氟化锂与杂质氟盐的共同挥发，从而导致氟化锂与杂质氟盐无法有效分离。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的无法对氟化锂和氟化钍、氟化铀、氟化稀土的混合盐进行有效分离的问题，本发明旨在提供一种氟化锂的回收装置及其回收方法。

本发明所述的氟化锂的回收装置，包括：氟化氢管路：具有依次连接的氟化氢气源、冷凝器、溶解分离器和氧化钙吸收器；氟化氢气源与冷凝器之间通过氟化氢气路连通，氟化氢气路为不锈钢钢管并带有伴热系统，氟化氢气路上设有第一氟化氢质量流量计；冷凝器与溶解分离器之间通过氟化氢液路连通，氟化氢液路为PFA管；溶解分离器与氧化钙吸收器之间通过平衡管路连通，平衡管路上设有第二氟化氢质量流量计，溶解分离器通过平衡管路与大气相通，其中，溶解分离器为夹套反应器，夹套反应器的顶部设有法兰，法兰连接伸缩波纹管，夹套反应器的内部设有第一套筒，第一套筒的内部设有第二套筒，第二套筒的顶盖与伸缩波纹管连接并随之同步伸缩移动，第二套筒的侧壁固定有PTFE滤膜，夹套反应器的底部设有磁力搅拌；设置于氟化氢气路上游的惰性气体源，惰性气体源通过吹扫支路与氟化氢气路和冷凝器相连；设置于溶解分离器下游的氟化氢吸收系统，氟化氢吸收系统具有依次连接的喷淋吸收器和碱液吸收罐；设置于氟化氢吸收系统下游的负压系统，负压系统具有依次连接的真空度控制器和化学隔膜泵。

惰性气体源是氩气钢瓶。

氟化氢气源是氟化氢钢瓶。

氟化氢气路为316L不锈钢管。

冷凝器为蛇形冷凝管，蛇形冷凝管中的蛇管为5-15匝的紫铜管。

本发明还提供一种回收氟化锂的方法，包括：S1，将含有氟化锂的混合氟盐放入第二套筒中，溶解分离器的顶部盖上法兰，确保伸缩波纹管压缩使第二套筒降至最低位置，开启氟化氢气路伴热60-70℃，溶解分离器的温度设置为-30℃至-5℃，冷凝器的温度设置为低于-10℃，检查回收装置的气密性，确保回收装置的密封性；S2，开启溶解分离器的磁力搅拌，然后开启氟化氢气源，利用第一氟化氢质量流量计向溶解分离器中定量加入氟化氢，同时利用氧化钙吸收器实现溶解分离器与外界大气相平衡，达到所需通入流量后关闭氟化氢气源，氟化锂在溶解分离器中被搅拌溶解后从第二套筒中穿过PTFE滤膜进入第一套筒；S3，溶解完成后关闭氟化氢气源，拉伸伸缩波纹管使第二套筒升至最高位，第二套筒的底部被设置为高于液态氟化氢的液面，开启惰性气体源，启动化学隔膜泵，溶解分离器保持微正压，通过真空度控制器对溶解分离器进行抽滤，抽滤结束后缓慢升高溶解分离器的温度，蒸发的气态氟化氢在喷淋吸收器和碱液吸收罐中被吸收，然后对溶解分离器烘焙至少12h，然后利用惰性气体对氟化氢气路、冷凝器、氟化氢液路和溶解分离器吹扫至少12h，最后，打开溶解分离器，在第一套筒得到絮状氟化锂，在第二套筒中得到氟盐杂质。

在步骤S1中，混合氟盐中还含有氟化稀土和/或氟化锕系化合物，不含有氟化碱金属和/或氟化碱土金属化合物，其中氟化锂的摩尔百分比不小于5％。

混合氟盐中包括选自氟化钍、氟化铀、氟化镧、氟化钐和氟化铈中的至少一种杂质氟盐。